DE930398C - Control relay for electrical switching devices - Google Patents

Control relay for electrical switching devices

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DE930398C DEH12367A DEH0012367A DE930398C DE 930398 C DE930398 C DE 930398C DE H12367 A DEH12367 A DE H12367A DE H0012367 A DEH0012367 A DE H0012367A DE 930398 C DE930398 C DE 930398C
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Description

2i c2i c

Die Erfindung betrifft ein Relais für die Steuerung von elektrischen Schaltvorrichtungen, bei denen entweder der Einschalt- oder der Ausschaltvorgang oder jeder dieser beiden Vorgänge selbsttätig erfolgt.The invention relates to a relay for controlling electrical switching devices which either the switch-on or the switch-off process or each of these two processes automatically he follows.

Für die Steuerung von Ein- und Ausschaltvorrichtungen verwendet man bekanntlich entweder Relais, welche bei Überlastung mit Zeitabhängigkeit arbeiten, oder Relais, die bei Kurzschluß augenblicklich ansprechen, oder Differentialrelais, die auf der Differenzwirkung zweier von Strom oder Spannung beeinflußter Wicklungen beruhen.It is known that either is used to control on and off switching devices Relays that work with time dependency in the event of an overload, or relays that operate in the event of a short circuit respond instantly, or differential relay based on the differential action of two of current or tension of affected windings.

Meist benutzt man heute zur Steuerung von elektrischen Schaltvorriehtungenein thermisches Relais, das aus einem unmittelbar durch den Durchgangsstrom oder mittelbar durch einen Widerstand erwärmten Bimetallstreifen besteht und durch seine Formänderung den gewünschten Schaltvorgang über mechanische Zwischenglieder hervorruft, oder ein elektromagnetisches Relais, das mit einer eine elektromagnetische Anziehung erfahrenden Metallmasse versehen ist und durch deren Verschiebung den selbsttätig stattfindenden Schaltvorgang mit Hilfe von mechanischen Übertragungsmitteln veranlaßt. Weniger häufig verwendet man Differentialrelais, die in mannigfaltigen Ausführungsformen gebräuchlich sind.A thermal relay is mostly used today to control electrical switching devices. that from a heated directly by the through current or indirectly by a resistor There is a bimetallic strip and the desired switching process due to its change in shape via mechanical intermediate links, or an electromagnetic relay, which with a one electromagnetic attraction is provided by metal mass and its displacement initiates the automatic switching process with the help of mechanical transmission means. Differential relays, which come in a variety of designs, are used less frequently are common.

Man hat schon versucht, das Problem zu lösen, die verschiedenen Steuerungen von elektrischen Schaltvorrichtungen durch ein einziges Relais zuAttempts have already been made to solve the problem, the various controls of electrical Switching devices through a single relay

verwirklichen, das sowohl mit Zeitabhängigkeit auf Überlastungen als auch augenblicklich auf Kurzschlußströme und ferner auch auf Spannungsdifferenzen anspricht, um entsprechend die Gesamtheit der zur Herbeiführung des jeweiligen Schalt-. Vorganges notwendigen mechanischen Verbindungen zu verringern. Aber die bisher zu diesem Zweck vorgeschlagenen Relais, die z. B. allein auf der Veränderung der magnetischen Leitfähigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur eines Stabes aus einer Metallegierung beruhen, sind wegen ihrer zu geringen Empfindlichkeit praktisch wieder verlassen worden.Realize that both with time dependence on overloads and instantaneously on short-circuit currents and also responsive to voltage differences to suit the whole to bring about the respective switching. Process necessary mechanical connections to reduce. But the relay proposed so far for this purpose, which z. B. alone on the change the magnetic conductivity as a function of the temperature of a rod based on a metal alloy, are practically abandoned again because of their insufficient sensitivity been.

Nach der Erfindung gelingt die Lösung dieses Problems in einer praktisch befriedigenden Weise dadurch, daß von der bekannten physikalischen Erscheinung ausgegangen wird, daß der Magnetismus des Eisens und seiner Legierungen sowie überhaupt aller ferromagnetischen Körper in einem ziemlich geringen, je nach dem Einzelfall zwischen 20 und 500 liegenden Temperaturintervall bei dem wesentlich von der Beschaffenheit der einzelnen Körper abhängigen Curie-Temperaturpunkt verschwindet und außerdem der elektrische Widerstand dieser Metallkörper bei deren Herstellung durch Sinterung sehr rasch, je nach den Sinterungsbedingungen, schwankt. Der Curie-Temperaturpunkt ist von der Größenordnung z. B. von o° für Legierungen aus Eisen und Vanadium mit 60 %> Vanadium, von 2001 für bestimmte Eisen-Aluminium-Legierungen, von ioo° für Eisen-Silicium-Legierungen nach der Formel Si2Fe3, um 3600 für Nickel, 7750 für Weicheisen und 11000 für Kobalt zu erreichen.According to the invention, this problem is solved in a practically satisfactory manner by starting from the known physical phenomenon that the magnetism of iron and its alloys and all ferromagnetic bodies in general is fairly low, depending on the individual case between 20 and 50 0 lying temperature interval at the Curie temperature point, which depends essentially on the nature of the individual bodies, disappears and, moreover, the electrical resistance of these metal bodies when they are produced by sintering fluctuates very rapidly, depending on the sintering conditions. The Curie temperature point is of the order of e.g. B. from 0 ° for alloys of iron and vanadium with 60%> vanadium, from 20 01 for certain iron-aluminum alloys, from 100 ° for iron-silicon alloys according to the formula Si 2 Fe 3 , to 360 0 for nickel To reach 775 0 for soft iron and 1100 0 for cobalt.

Unter Ausnutzung dieser Eigenschaften der gesinterten ferromagnetischen Metalle und Legierungen ist das Steuerrelais nach der Erfindung so ausgebildet, daß ein Teil des Kerns des das Relais bildenden Elektromagneten aus einer gesinterten ferromagnetischen Metallmasse oder einer gesinterten Metallegierung 'besteht und einer ihn auf' seinen Curie-Temperaturpunkt bringenden Heizwirkung des Regelungsstromes ausgesetzt ist, während der andere Teil des Elektromagnetkerns aus gesintertem oder nicht gesintertem Weicheisen oder einer gesinterten oder nicht gesinterten ferromagnetischen Legierung oder sonst einem gesinterten oder nicht gesinterten ferromagnetischen Körper gebildet und mit dem zu heizenden gesinterten Teil magnetisch in Reihe geschaltet oder durch diesen nebengeschlossen ist. Für den zu erhitzenden Teil des Elektromagnetkerns kann vorzugsweise ein gesinterter ferromagnetischer Körper mit einem Curie-Punkt in der Größenordnung von iod0 oder weniger gewählt werden.Taking advantage of these properties of the sintered ferromagnetic metals and alloys, the control relay according to the invention is designed so that part of the core of the electromagnet forming the relay consists of a sintered ferromagnetic metal mass or a sintered metal alloy and one which brings it to its Curie temperature point The heating effect of the control current is exposed, while the other part of the electromagnetic core is made of sintered or unsintered soft iron or a sintered or unsintered ferromagnetic alloy or some other sintered or unsintered ferromagnetic body and is magnetically connected in series with the sintered part to be heated or through it is closed. For to be heated part of the solenoid core is preferably a sintered ferromagnetic body may be less selected with a Curie point in the order of 0 or iodo.

Erfindungsgemäß wird es möglich, ein Relais zu verwirklichen a) das einerseits auf die mehr oder weniger beträchtlichen Änderungen der Stromstärke anspricht, weil der Verlust an Magnetismus des erhitzten gesinterten Teiles des Elektromagnetkernes infolge Erhöhung seiner Temperatur eine solche Größe annimmt, daß der diesen Kernteil bildende ferromagnetische Körper durch seinen | Curie-Punkt geht, auf den er dabei auf Grund seiner Herstellung durch Sinterung rasch durch die Heizwirkung des in der Stärke zunehmenden Stromes gebracht wird, der ihn entweder mittelbar als Durchgangsstrom oder gegebenenfalls und insbesondere bei größeren Stromstärken mittelbar über einen von ihm durchflossenen Heizwiderstand erwärmt, b) das andererseits für die Änderungen und Abweichungen der Spannung empfindlich ist, da das magnetische Feld, in welchem der erhitzte Kernteil des Elektromagneten sich befindet, entweder durch eine einzige, in Reihe oder parallel zu der Hauptspule des Relais liegende Wicklung oder durch zwei oder mehrere Spulen erzeugt werden kann, deren eigene Felder einander entgegengesetzt sind oder, wie dies meist der Fall sein wird, einander überlagert werden können.According to the invention it is possible to realize a relay a) on the one hand to the more or less responsive to significant changes in amperage because of loss of magnetism of the heated sintered part of the electromagnet core due to an increase in its temperature assumes such a size that the ferromagnetic body forming this core part is supported by its | Curie point goes, to which it quickly reaches due to its manufacture by sintering due to the heating effect of the current, increasing in strength, which it either indirectly as Through current or, if necessary, and especially in the case of larger currents, indirectly via heats a heating resistor through which it flows, b) the other hand for the changes and Variation in voltage is sensitive because of the magnetic field in which the heated core part of the electromagnet is located, either through a single one, in series or in parallel with the Main coil of the relay lying winding or generated by two or more coils can, whose own fields are opposite to one another or, as this will mostly be the case, to one another can be overlaid.

Nach der Erfindung gelingt es somit, die verschiedenen in Betracht kommenden Steuerungen von elektrischen Schaltvorrichtungen mit Hilfe eines einzigen durch seine Bauart jeden Empfindlichkeitswert ergebenden und den jeweiligen Anforderungen entsprechenden Relais zu verwirklichen, das folgende Schaltmöglichkeiten bietet:According to the invention, it is thus possible to use the various controls in question of electrical switching devices with the help of a single one due to its design each sensitivity value to implement relays that correspond to the respective requirements, which offers the following switching options:

1. einen in Zeitabhängigkeit sich abspielenden Sehairvorgang im Falle einer mehr oder weniger langen Überlastung,1. a time-dependent visual process in the case of a more or less long overload,

2. einen augenblicklich erfolgenden Schaltvorgang bei Kurzschluß mit einem die Stromwerte bei zeitabhängiger Ausschaltung überschreitenden, die sofortige Ausschaltung herbeiführenden Wert des Kurzschlußstromes,2. an instantaneous switching process in the event of a short circuit with one of the current values time-dependent switch-off, which causes the immediate switch-off value of the Short-circuit current,

3. einen nach Bedarf stattfindenden Schaltvorganigbei einem Differenzwert der Speisespannungen der elektromagnetischen Spulen,3. an on-demand shift a difference value of the supply voltages of the electromagnetic coils,

4. einen beim Fehlen oder bei einem Mindestwert einer Spannung auftretenden Schaltvorgang.4. a switching process that occurs in the absence or at a minimum value of a voltage.

Bei mittelbarer Beheizung des zu erwärmenden gesinterten Teiles des Elektromagnetkernes kann es, wenn die Nennstromstärke genügend hoch ist, vorteilhaft sein, den Heizwiderstand, z. B. einen Widerstandsdraht, in einer Bohrung oder sonstigen Höhlung dieses Kernteiles anzuordnen und mit Hilfe eines pulverförmigen, verdichteten, gut wärmeleitenden elektrischen Isolierkörpers, z. B. mittels Magnesiumoxyd, zu isolieren.In the case of indirect heating of the sintered part of the electromagnet core to be heated, it can if the rated current is sufficiently high, it may be advantageous to adjust the heating resistor, e.g. B. a Resistance wire to be arranged in a hole or other cavity of this core part and with the help of a powdery, compacted, highly thermally conductive electrical insulating body, e.g. B. using magnesium oxide to isolate.

Die Zeichnung veranschaulicht in zwei Ausführungsbeispielen das Relais nach der Erfindung.The drawing illustrates in two exemplary embodiments the relay according to the invention.

Abb. ι stellt ein Relais dar, das die vier angeführten Steuerungsmöglichkeiten aufweist, während Abb. 2 ein Relais von abweichender Bauart zeigt.Fig. Ι represents a relay that the four listed Has control options, while Fig. 2 shows a relay of a different design.

Gemäß Abb. 1 setzt sich der Kern des das Relais bildenden Elektromagneten aus einem Teil 1, der aus Weicheisen oder einer magnetischen Metalllegierung besteht, und aus einem Teil 2 zusammen, der aus einer gesinterten Metallegierung gefertigt ist, deren Zusammensetzung ihm einen mit den gegebenen Betriebsbedingungen des Relais verträglichen Curie-Temperaturpunkt erteilt und deren elektrischer Widerstand in Abhängigkeit von der Nennstärke des Regelungsstromes verhältnismäßig hoch ist und dem Relais die erforderliche Empfindlichkeit gibt.According to Fig. 1, the core of the electromagnet forming the relay consists of a part 1, the consists of soft iron or a magnetic metal alloy, and consists of a part 2, which is made of a sintered metal alloy, the composition of which gives it one with the given operating conditions of the relay and their compatible Curie temperature point electrical resistance in relation to the nominal strength of the control current is high and gives the relay the required sensitivity.

Die Spüle 3 mit der Spannung U1 dient zur Erzeugung des erforderlichen elektromagnetischen Feldes, und die Spule 4 mit der Spannung U2 liefert als Differentialwicklung ein Feld, das sich dein magnetischen Feld der Spule 3 entgegensetzt oder diesem überlagert. Die rein schematisch wiedergegebene Bewegungsübertragung 5. verbindet den beweglichen Anker 6 des Relais mit dem mechanischen Antrieb der zu steuernden Schaltvorrichtung und gibt beispielsweise ein beim Einrücken der Schaltvorrichtung gespanntes Stoßglied frei. Der schwenkbare Elektromagnetanker 6 schließt den magnetischen Kraftfluß des Kernes 1, 2 und steht unter der Wirkung der Rückhol- und Regelungsfeder 7.The coil 3 with the voltage U 1 is used to generate the required electromagnetic field, and the coil 4 with the voltage U 2 supplies a field as a differential winding that opposes the magnetic field of the coil 3 or is superimposed on it. The purely schematically reproduced motion transmission 5. connects the movable armature 6 of the relay with the mechanical drive of the switching device to be controlled and releases, for example, a thrust member that is tensioned when the switching device is engaged. The pivotable electromagnetic armature 6 closes the magnetic flux of the core 1, 2 and is under the action of the return and control spring 7.

Ein isolierender Schlitz 8 trennt den aus gesinterter Metallegierung bestehenden Elektromagnetkernteil 2, durch den der Regelungsstrom mittels der Anschlußleitungen 9 hindurchgeführt wird, von dem Kernteil 1, um einen Kurzschluß des durch den Strom erhitzten Teiles 2 des Elektromagnetkerns durch den Relaisanker 6 zu vermeiden. Der Heizstrom für den zu erwärmenden Kernteil 2 kann auch unabhängig von dem die Elektromagnetwicklung 3 und 4 durchfließenden Strom sein.An insulating slot 8 separates the sintered metal alloy electromagnet core part 2, through which the control current is passed by means of the connecting lines 9, from the core part 1 to short-circuit the part 2 of the electromagnet core heated by the current by the relay armature 6 to avoid. The heating current for the core part 2 to be heated can also be independent of the current flowing through the electromagnet winding 3 and 4.

Das aus Abb. 2 ersichtliche Relais kann die gleichen Steuerungsmöglichkeiten wie das Relais nach Abb. 1 ausführen, mit dem Unterschied, daß es mit mittelbarer Beheizung des gesinterten Teiles 2 des Elektromagnetkerns arbeitet und auf Grund seiner Ausführung ohne Wirkung beim Fehlen oder beim Mindestwert der Spannung ist. Gemäß Abb. 2 bildet der gesinterte Kernteil 2 einen magnetischen Nebenschluß zu dem aus Weicheisen bestehenden Kernteil 1, der die Speisespule 3 und die Differentialwicklung 4 trägt. Durch eine Bohrung des Teiles 2 des Elektromagnetkernes geht der Heizdraht 9', der vom Regedungsstrom oder von einem Teil davon durchflossen und durch einen pulverförmigen Isolierkörper 8' vom Kernteil geschieden ist. Der bewegliche Anker 6 des Relais, an dem die Rückhol- und Regelungsfeder 7 angreift, ist mit dem auf die zu steuernde Schaltvorrichtung wirkenden Bewegungsübertragungsglied 5 verbunden. The relay shown in Fig. 2 has the same control options as the relay run according to Fig. 1, with the difference that it is with indirect heating of the sintered Part 2 of the electromagnet core works and due to its design without effect when The voltage is absent or at the minimum value. According to Fig. 2, the sintered core part 2 forms a magnetic shunt to the core part 1, which is made of soft iron, which forms the feed coil 3 and the differential winding 4 carries. Goes through a hole in part 2 of the electromagnet core the heating wire 9 ', through which the Regedungsstrom or a part thereof flows and through a powdery one Insulating body 8 'is separated from the core part. The movable armature 6 of the relay, on which the return and control spring 7 engages, is connected to the movement transmission member 5 acting on the switching device to be controlled.

Es gehört seit langem zum Stand der Technik, für die Ausführung eines Relais einen ferromagnetischen Körper mit einem Curie-Punkt von niederer Temperatur zu verwenden. So zeigt das USA.-Patent 2 255 638 ein Relais für einen Ausschalter, das einen magnetischen Stromkreis mit Tauchkolben aufweist und im Innern der Elektromagnetspule einen leitenden Metallzylinder und einen Ring aus einem Metall mit einem Curie-Punkt in der Größenordnung von 1250 aufweist, so daß der Ring durch die in dem leitenden. Zylinder durch die Durchgangsströme der Spule induzierten Foucault-Ströme erhitzt wird, wenn ein Überstrom auftritt, was hinwiederum die Ausschaltung herbeiführt. Das Steuerrelais nach der Erfindung unterscheidet sich von dieser bekannten Vorrichtung wesentlich dadurch, daß es als zu erhitzenden Teil seines Elektromagnetkernes einen nicht nur einen Curie-Punkt mit geeigneter Temperatur aufweisenden, sondern auch durch Sinterung erhaltenen ferromagnetischen Körper besitzt, was einen sehr hohen elektrischen Widerstand dieses Körpers gewährleistet und auf diese Weise seine leichte und rasche Erhitzung entweder unimittelbar durch den Durchgang der Gesamtheit oder eines Teiles des Regelungsstromes oder mittelbar durch einen in seinem Inneren isoliert angeordneten und vom ganzen Regelungsstrom oder einem Teil davon durchflossenen Leiter ermöglicht. Als weitere Vorteile ergeben sich daraus eine große Empfindlichkeit und eine hohe Beständigkeit der Arbeitsweise und eine einfache Bauart des Steuerrelais sowie sehr geringe Zeitkonstanten und die Möglichkeit der Erzielung der in Betracht kommenden Steuerungen durch ein einziges Relais bei Schaltvorrichtungen mit selbsttätiger Durchführung des Öffnungs- oder des Schließungsvorganges oder dieser beiden Schaltvorgänge.. It has long been part of the state of the art to use a ferromagnetic body with a Curie point of low temperature for the construction of a relay. For example, US Pat. No. 2 255 638 shows a relay for a circuit breaker which has a magnetic circuit with a plunger and a conductive metal cylinder and a ring made of a metal with a Curie point of the order of 125 0 inside the electromagnetic coil, so that the ring through the in the conductive. Foucault currents induced in the cylinder by the through-currents of the coil are heated when an overcurrent occurs, which in turn causes the switch-off. The control relay according to the invention differs from this known device essentially in that it has, as part of its electromagnet core to be heated, not only a Curie point with a suitable temperature, but also a ferromagnetic body obtained by sintering, which has a very high electrical resistance Body and in this way its easy and rapid heating is made possible either directly through the passage of all or part of the control current or indirectly through a conductor isolated inside and through which the entire control current or part of it flows. Further advantages are a high sensitivity and high reliability of the mode of operation and a simple design of the control relay as well as very low time constants and the possibility of achieving the controls under consideration by a single relay in switching devices with automatic implementation of the opening or closing process or these two switching processes ..

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE:PATENT CLAIMS: 1. Steuerrelais für Schaltvorrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (2) des Kerns des das Relais bildenden Elektromagneten (1, 2) aus einer gesinterten ferromagnetischen Metallmasse oder Legierung besteht und einer ihn auf seinen Curie-Temperaturpunkt bringenden Heizwirkung des Regelungsstromes ausgesetzt ist, während der andere Teil (1) des Elektromagnetkernes aus einem gesinterten oder nicht gesinterten ferromagnetischen Körper gefertigt ist (Abb. 1 und 2).1. Control relay for switching devices, characterized in that a part (2) of the The core of the electromagnet (1, 2) forming the relay is made of a sintered ferromagnetic Metal mass or alloy consists and one him to its Curie temperature point Bringing heating effect of the control current is exposed, while the other part (1) of the electromagnet core from a sintered or non-sintered ferromagnetic body is made (Fig. 1 and 2). 2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu erhitzende Teil (2) des Elektromagnetkernes aus einem ferromagnetischen Körper mit einem Curie-Punkt in der Größenordnung von ioo° oder weniger gebildet ist.2. Relay according to claim 1, characterized in that the part to be heated (2) of the Electromagnet core made of a ferromagnetic body with a Curie point in the Order of magnitude of 100 ° or less is formed. 3. Relais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zu erhitzende Teil (2) des Elektromagnetkernes mit dem anderen Kernteil (1) magnetisch in Reihe liegt (Abb. 1).3. Relay according to claim 1 or 2, characterized in that the part to be heated (2) of the electromagnet core is magnetically in series with the other core part (1) (Fig. 1). 4. Relais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil (1) des Elektromagnetkerns, der durch den Regelungsstrom zu erhitzen ist, als magnetischer Nebenschluß des anderen Kernteiles (2) angeordnet ist (Abb. 2).4. Relay according to claim 1 or 2, characterized in that the part (1) of the electromagnet core, which is to be heated by the control current, is arranged as a magnetic shunt of the other core part (2) (Fig. 2). 5. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zu erhitzende Elektromagnetkernteil (2) in den Stromkreis des Regelungsstromes oder eines Teiles davon eingeschaltet ist und so durch diesen unmittelbar beheizt wird (Abb. 1).5. Relay according to one of claims 1 to 4, characterized in that the to be heated Electromagnet core part (2) in the circuit of the control current or a part thereof is switched on and is thus heated directly by it (Fig. 1). 6. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zu erhitzende Elektromagnetker.nteil (2) mittelbar durch einen Widerstand (9') geheizt wird, der von dem Regelungsstrom oder einem Teil davon durchflossen und in der Höhlung dieses Kernteiles (2) unter Isolierung durch einen gut wärmeleitenden6. Relay according to one of claims 1 to 4, characterized in that the Elektromagnetker.nteil (2) to be heated indirectly by a Resistance (9 ') is heated, through which the control current or part of it flows and in the cavity of this core part (2) under insulation by a highly thermally conductive elektrischen Isolierkörper (8), vorzugsweise in verdichteter Pulverform, angeordnet ist (Abb. 2).electrical insulating body (8), preferably in compacted powder form, is arranged (Fig. 2). 7. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetisierende Feld durch mehrere Spulen (3, 4) erzeugt wird, deren eigene magnetischen Felder einander entgegengesetzt sind oder sich überlagern (Abb. ι und 2).7. Relay according to one of claims 1 to 6, characterized in that the magnetizing Field is generated by several coils (3, 4), their own magnetic fields are opposite to each other or overlap (Fig. ι and 2). 8. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizstrom für den zu erwärmenden Kernteil (2) unabhängig von dem die Elektromagnetwic'klung (3, 4) durchfließenden Strom ist (Abb. 1 und 2).8. Relay according to one of claims 1 to 7, characterized in that the heating current for the core part to be heated (2) independent of the electromagnet winding (3, 4) current flowing through it (Fig. 1 and 2). Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 1 509 525 7.551 509 525 7.55
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